Разработать технологию изготовления детали "Вал"

Ударная вязкость, KCU, Дж/см2

Состояние поставки, термообработка	+20	-25	-40	-70
Закалка 850 С, масло. Отпуск 650 С.	160	148	107	85
Закалка 850 С, масло. Отпуск 580 С.	91	82		54

Предел выносливости

σ-1, МПа	τ-1, МПа	n	σB, МПа	σ0,2, МПа	Термообработка, состояние стали
363		1Е+6	690
470		1Е+6	940
509			960	870
333	240	5Е+6	690
372					Закалка 860 С, масло, отпуск 550 С.

 

Прокаливаемость (ГОСТ 4543-71)

Полоса  прокаливаемости стали 40Х после нормализации при 860⁰ С и закалки с 850⁰ С

 

 

Критический диаметр d

Критическая твёрдость HRCэ	Количество мартенсита, %	d, мм, после закалки
		в воде	в масле
43-46	50	38-76	16-48
49-53	90	23-58	6-35

Физические свойства стали 40Х

Температура испытания, °С	20		100		200		300		400		500		600		700		800		900		1000		1100		1200
Модуль нормальной упругости, E, ГПа	214		211		206		203		185		176		164		143		132
Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа	85		83		81		78		71		68		63		55		50
Плотность, r, кг/м3	7820		7800		7770		7740		7700		7670		7630		7590		7610		7560		7510		7470		7430
Коэффициент тепло-проводности l,Вт/(м ·°С)	41		40		38		36		34		33		31		30		27		26.7		28		28.8
Уд. электросопротивление (R 10 9 Ом·м)	210		285		346		425		528		642		780		936		1100		1140		1170		1200		1230
Уд. электросопротивление (R 10 9 Ом·м)		210		285		346		425	528	642		780		936		1100		1140		1170		1200		1230
Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С)		11.8		12.2		13.2		13.7	14.1	14.6		14.8		12.0
Удельная теплоемкость (С, Дж/(кг · °С))		466		508		529		563	592	622		634		664

Обозначения:

Механические свойства :
σв	- Предел кратковременной прочности  , [МПа]
σT	- Предел пропорциональности (предел  текучести для остаточной деформации), [МПа]
δ5	- Относительное удлинение при  разрыве , [ % ]
Ψ	- Относительное сужение , [ % ]
KCU	- Ударная вязкость , [ кДж / м2]
HB	- Твердость по Бринеллю , [МПа]
КП	- Категория прочности
Физические свойства :
T	- Температура, при которой получены  данные свойства , [Град]
E	- Модуль упругости первого рода , [МПа]
a	- Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град]
l	- Коэффициент теплопроводности (теплоемкость  материала) , [Вт/(м·град)]
ρ	- Плотность материала , [кг/м3]
C	- Удельная теплоемкость материала  (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]
R	- Удельное электросопротивление, [Ом·м]
Свариваемость :
без ограничений		- сварка производится без подогрева  и без последующей термообработки
ограниченно свариваемая		- сварка возможна при подогреве  до 100-120 град. и последующей термообработке
трудносвариваемая		- для получения качественных  сварных соединений требуются  дополнительные операции: подогрев  до 200-300 град. при сварке, термообработка  после сварки - отжиг

 

1.3.Анализ технологичности конструкции детали

Качественная  оценка технологичности конструкции  детали основана на инженерно-визуальных методах оценки, и производится по отдельным конструктивным и технологическим признакам для достижения высокого уровня технологичности конструкции изделия.

Используя качественный метод оценки технологичности конструкции изделия можно сделать вывод что:

1. Форма детали достаточно простая, т.к. не имеет ступеней с большим перепадом диаметров, не имеет сложных фасонных поверхностей. Единственными относительно сложными конструктивными элементами детали можно считать разве что шлицы, ступени , а также отверстия в торцах вала и наклонное отверстие , но все эти элементы получают применением стандартных методов обработки.
2. Деталь вал необходимо обрабатывать в центрах, для обеспечения необходимой жесткости (т.е. уменьшения величины прогиба вала во время обработки под действием сил резания). Данная деталь не обладает достаточной жесткостью, поэтому в процессе назначения режимов резания необходимо выбирать минимально нагруженные режимы резания.
3. На детали вал имеется множество поверхностей, которые поддаются обработки универсальным инструментом, это цилиндрические поверхности, конусные поверхности, отверстия, фаски, шлицы обрабатываются специальной фрезой.

Количественную  оценку можно вычислить по коэффициенту унификации:

,где - количество конструктивных элементов детали с унифицированными размерами, - общее число конструктивных элементов детали (наружные и внутренние поверхности, торцы, уступы, фаски, галтели, зубья, шлицы, шпоночные пазы, резьбы и т.п.)

К унифицированным  элементам конструкции детали можно  отнести:

4. Конус 1:50 (поверхность Б)
5. Резьбовое отверстие М20х1,5
6. Отверстие
7. Наклонное отверстие
8. Отверстие
9. Отверстие
10. Конусное отверстие с углом конуса 1200- выполняется стандартными инструментами
11. Конусное отверстие с углом конуса 600- выполняется стандартными инструментами
12. Поверхность
13. Поверхность
14. Поверхность
15. Поверхность
16. Поверхность
17. Центровое отверстие А5 ГОСТ 14034-74
18. Скругление радиусом 1 мм
19. Фаска 3х450 (ГОСТ 10948-64)

Общее число  унифицированных элементов ( ) – 16 шт.

К неунифицированным  элементам относятся:

1. Шлицы
2. Буртик
3. Два скругления радиусом 2 мм
4. Галтель радиусом 15 мм

Общее число  неунифицированных элементов ( – 5 шт

Общее число  элементов 

Технологичной считается деталь, у которой числовое значение показателя больше 0,6, в нашем случае деталь можно считать технологичной.

 

2.Технологический раздел

2.1.Определение типа производства

На этапе  проектирования технологического процесса тип производства можно определить лишь ориентировочно. При этом можно  руководствоваться данными табл. 1. При известной годовой программе по чертежу детали оценивают размеры изделия, что в итоге позволяет ориентировочно выбрать тип производства заданной продукции.

Таблица 1

Количество  изготавливаемых в год деталей  одного наименования и типоразмера  для различных производств, шт.

Тип производства	Крупные изделия  машиностроения (L>500 мм)	Изделия средних  размеров (100 ≤L≥ 500 мм)	Мелкие изделия (L< 100 мм)
Единичное Мелкосерийное Среднесерийное Крупносерийное Массовое	<5 5…100 100…300 300…1000 >1000	<10 10…200 200…500 500…5000 >5000	<100 100…500 500…5000 5000…50000 >50000

 

L – наибольший размер детали.

В нашем случае годовая программа выпуска 800 шт., а наибольший размер детали 742 мм, следовательно  ориентировочный тип производства – крупносерийный.

На долю серийного  производства приходится до 80% всей выпускаемой машиностроительной продукции, и эта доля имеет тенденцию к дальнейшему росту. В зависимости от объёма партии и коэффициента закрепления операции Кз.о. различают крупносерийное(1≤Кз.о≤10), серийное(10≤Кз.о≤20) и среднесерийное, а также мелкосерийное(20≤Кз.о≤40) типы производства. Продукция и методы работы крупносерийного и массового типа производства близки между собой. Это прежде всего касается многономенклатурного автотракторного производства, выпуска боевых колесно-гусеничных машин, мелких и средних электродвигателей, бытовых изделий.

Основным направлением повышения производительности труда  во всех видах серийного производства является его автоматизация на базе типизации и групповой технологии. Отличительной особенностью здесь является применение гибкой автоматизации путём использования, как традиционных средств, так и станков с ЧПУ и гибких производственных систем (ГПС).

 В крупносерийном  производстве применяют АЛ с  жёсткой связью, которые помимо  обычных АС оснащены АС с ЧПУ с автоматической сменой многошпиндельных или одношпиндельных коробок. На таких линиях можно изготавливать по типовой технологии одновременно или последовательно несколько типоразмеров картеров двигателей автомобилей.

2.2.Выбор вида и метода получения заготовки

Большинство деталей  типа валов изготавливаются из заготовок  поставляемых в виде круглых, шестигранных и квадратных прутков.

Ступенчатые валы с малыми перепадами диаметров ступеней целесообразно изготавливать из проката, поэтому  в качестве заготовки для дальнейшей обработки детали в базовом и в предлагаемом технологическом процессе используется прокат. Для получения заготовки для нашей детали можно также использовать и штамповку, но изготовление штампов – процесс весьма трудоемкий и в данном случае экономически необоснованный.

Выберем тип  проката и диаметр прутка исходя из предполагаемой технологии изготовления детали:

Выбираем горячекатанный прокат из легированной конструкционной стали 40Х по ГОСТ 4543-71, параметр шероховатости поверхности заготовки Rz160, что приблизительно составляет Ra40, по данным чертежа шероховатость поверхности элемента детали с наибольшим диаметром составляет Ra20 следовательно, для получения заданной шероховатости поверхности необходимо будет выполнить один черновой проход. Из сортамента горячекатанного круглого проката по ГОСТ 2590-88 выбираем ближайший больший диаметр прутка при точности прокатки В - , поле допуска Td=1,1мм, что соответствует 15-му квалитету точности и полю допуска js. Выбор самой низкой точности прокатки и 3-й группы проката обусловлен необходимостью выполнять черновое точение, для снятия окалины, устранения дефектов транспортировки при этом параметр шероховатость уменьшится с Ra40 до Ra20, а квалитет точности также уменьшится до 14-го или 13-го.

Условное обозначение  проката:

Круг 

Расчет коэффициента использования материала (КИМ):

КИМ= М_дет./М_заг.

М_заг.=ρ×L×π×d²/4=7800×742×10^-3×3,14×(58×10^-3)²/4=14,25 кг

КИМ=9,48/15,28=0,61

 

 

 

 

 

2.3.Разработка маршрутной технологии изготовления детали

Анализ базового технологического процесса обработки  детали

 

№	Наименование операции	Модель  оборудования	Содержание  операции
005	Отрезная	Отрезной круглопильный 8Б66	Установить  деталь на столе станка, закрепить  и снять после обработки. Отрезать заготовку в размер. Маркировать на поверхности А обозначение чертежа, порядковый номер изделия.
010	Термическая		Термообработать по технологии ОГмет.
015	Токарно- винторезная	Токарно- винторезный  станок 1К62	Установить  заготовку в трёхкулачковом патроне, выверить, закрепить и снять после обработки. Подрезать торец 1. Центровать торец заготовки 1. Переустановить заготовку в трёхкулачковом патроне, выверить, закрепить и снять после обработки. Подрезать торец 2 в размер. Центровать торец заготовки 2. Маркировать на торце А обозначение чертежа, порядковый номер изделия.
020	Токарно- винторезная	Токарно- винторезный  станок 1К62	Установить  деталь 3-х кулачковом патроне торцем А (маркировкой), выверить, подождать  задним центром, закрепить, снять после обработки. Точить поверхность 8. Точить поверхность 7. Точить поверхность 6. Точить поверхность 5. Точить поверхность 13. Точить поверхность 4. Переустановить заготовку в трёхкулачковом патроне, выверить, закрепить и снять после обработки. Точить поверхность 3.
025	Токарно- винторезная	Токарно- винторезный  станок 1К62	Установить  деталь в центрах, выверить, закрепить и снять после обработки. Точить поверхность 3. Точить поверхность 4. Точить поверхность 6 .Повернуть суппорт на угол 34"23". Точить поверхность 3. Переустановить деталь, выверить, закрепить и снять после обработки. Точить поверхность 8. Точить фаску 9.
030	Токарно- винторезная	Токарно- винторезный  станок 1К62	Установить  деталь 3-х кулачковом патроне, выверить, закрепить и снять после обработки. Сверлить отверстие 11. Сверлить отверстие 10. Рассверлить отверстие 10 с образованием фасок. Нарезать резьбу в отверстии 10. Точить канавку 12.
035	Радиально - сверлильная	Радиально - сверлильный 2Н55	Установить  деталь в кондукторе, закрепить, снять после обработки. Сверлить отверстие 5 мм .
040	Шлицефрезерная	Шлицефрезерный  станок 5350Б	Установить  деталь, выверить, закрепить и снять  после обработки. Фрезеровать шлицы.
045	Слесарная		Опилить заусенцы после механической обработки, острые кромки притупить.
050	Термическая	9	Термообработать по технологии ОГмет.
055	Кругло- шлифовальная	Кругло- шлифовальный станок ЗБ161	Установить  деталь в центрах, надеть хомут, выверить, закрепить и снять после обработки. Шлифовать поверхность 3 и 4. Шлифовать поверхность 3. Переустановить деталь, выверить, закрепить и снять после обработки. Шлифовать поверхность 8.
060	Кругло- шлифовальная	Кругло- шлифовальный станок ЗБ161	Установить  деталь в центрах, надеть хомут, выверить, закрепить и снять после обработки. Шлифовать поверхность 12.
065	Шлицешлифовальная	Шлицешлифовальн ый станок 3451В	Установить  деталь в центрах, выверить, закрепить  и снять после обработки. Шлифовать  шлицы по боковым поверхностям и наружному диаметру.
070	Контрольная	Плита №7 1000x1500	Проверить внешним осмотром отсутствие острых кромок, заусенцев. Проверить внешним  осмотром наличие фасок. Проверить  шероховатость обработанных поверхностей.
075	Маркирование	Плита №7 1000x1500	Маркировать порядковый номер изделия и дату изготовления шрифтом ПО 4, 5 ГОСТ 26020-80.